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CN111557050A - 生物体信息获取装置、生物体信息获取方法和可穿戴装置 - Google Patents

生物体信息获取装置、生物体信息获取方法和可穿戴装置 Download PDF

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CN111557050A
CN111557050A CN201880085725.1A CN201880085725A CN111557050A CN 111557050 A CN111557050 A CN 111557050A CN 201880085725 A CN201880085725 A CN 201880085725A CN 111557050 A CN111557050 A CN 111557050A
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CN
China
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image sensor
information acquisition
light
lens
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小林直子
泽野亮介
佐藤裕亮
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

[问题]即使当进一步减小装置的尺寸和厚度时，也要进一步抑制杂散光的出现。[解决方案]生物体信息获取装置包括：图像传感器，用于捕获生物体信息，该生物体信息是通过将预定波长的光照射到生物体的一部分上而获取的图像信息；透镜阵列，位于图像传感器与生物体的该部分之间，其中，多个单透镜被布置为阵列，使得生物体信息被图像传感器捕获；以及遮光体，位于图像传感器与透镜阵列之间，形成用于利用图像传感器捕获通过单透镜中的每一个单透镜透过的生物体信息的导光路径，该导光路径形成为使得沿着图像传感器表面的法线方向的开口直径不是恒定的。

Description

生物体信息获取装置、生物体信息获取方法和可穿戴装置
技术领域
所涉及的申请涉及生物信息获取装置、生物信息获取方法和可穿戴装置。
背景技术
近年来，为了确保移动信息装置的信息安全，利用诸如指纹图案图像和静脉图案图像的生物信息的生物认证技术变得越来越重要。同时，移动信息装置的技术发展也在进步，并且正在采取措施使移动信息装置更薄。因此，关于获取上述生物信息的生物信息获取装置，也需要实现小型化和薄型化
就这一点而言，在下述专利文献1中，已经提出了一种技术，其中，通过在光检测元件之前的阶段安装包括两个透镜阵列和单孔径阵列的光聚焦/遮蔽元件来试图使成像装置薄型化。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2011-203792号
发明内容
技术问题
在试图进一步薄型化生物成像装置的情况下；将构成诸如指纹图案图像或静脉图案图像的生物信息的光引导到成像装置的导光路径的长度根据需要变短。当导光路径的长度变短时，更可能出现杂散光。同时，当生物成像装置进一步小型化时，除了缩短如上述专利文献1中使用的透镜阵列的透镜间距之外没有替代方案，并且由于透镜间距的缩短，更可能出现杂散光。以这种方式，在试图进一步使生物成像装置小型化和薄型化的情况下，由于上述两个因素，更可能出现杂散光。
鉴于上述问题，在所涉及的申请中，提出了一种生物信息获取装置、生物信息获取方法和可穿戴装置，其使得即使在试图进一步使装置小型化和薄型化的情况下也能够更大程度地抑制杂散光的出现。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种生物信息获取装置，包括：图像传感器，在该图像传感器中对生物信息进行成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息；透镜阵列，其位于图像传感器与生物体的一部分之间，具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且在图像传感器中执行生物信息的成像；以及遮光板，其位于图像传感器与透镜阵列之间，并且形成旨在用于在图像传感器中对通过单透镜中的每一个单透镜透过的生物信息进行成像的导光路径，其中，导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
此外，根据本公开，提供了一种生物信息获取方法，包括：经由通过遮光板形成的导光路径，使用具有以阵列状方式布置的多个单透镜的透镜阵列在图像传感器中执行生物信息的成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息，其中，导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
此外，根据本公开，提供了一种可穿戴装置，包括：能由用户穿戴的装置主体；以及生物信息获取装置，其安装在装置主体中，其中，生物信息获取装置包括：图像传感器，在该图像传感器中对生物信息进行成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息；透镜阵列，其位于图像传感器与生物体的一部分之间，具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且在图像传感器中执行生物信息的成像；以及遮光板，其位于图像传感器与透镜阵列之间，并且形成旨在用于在图像传感器中对通过单透镜中的每一个单透镜透过的生物信息进行成像的导光路径，并且该导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
根据所涉及的申请，生物信息通过透镜阵列并且经由导光路径，并且在图像传感器中进行成像。此时，由于导光路径形成为具有不相等的开口直径，因此抑制出杂散光的出现。
发明的有益效果
如上所述，根据所涉及的申请，即使在试图进一步使装置小型化和薄型化的情况下，也可以更大程度地抑制杂散光的出现。
上述效果不必在范围上受限制，并且代替上述效果或除了上述效果之外，还可以实现在本书面描述中指示的任何其他效果或可能从本书面描述中出现的任何其他效果。
附图说明
[图1A]是示意性地示出根据所涉及的申请的实施方式的生物信息获取装置的截面结构的示例的截面图。
[图1B]是示意性地示出根据实施方式的生物信息获取装置的截面结构的另一示例的截面图。
[图2]是用于说明关于根据实施方式的生物信息获取装置的说明图。
[图3]是示意性地示出根据实施方式的生物信息获取装置的截面表面的一部分的放大截面图。
[图4]是用于说明关于由于透镜阵列引起的图像的重叠的说明图。
[图5]是用于说明关于包括在根据实施方式的生物信息获取装置中的遮光板的说明图。
[图6]是用于说明关于包括在根据实施方式的生物信息获取装置中的遮光板的说明图。
[图7]是用于说明关于包括在根据实施方式的生物信息获取装置中的遮光板的说明图。
[图8]是用于说明关于包括在根据实施方式的生物信息获取装置中的遮光板的说明图。
[图9]是示意性地示出根据本实施方式的生物信息获取装置的截面表面的一部分的放大截面图。
[图10A]是用于说明关于根据实施方式的生物信息获取装置的说明图。
[图10B]是用于说明关于根据实施方式的生物信息获取装置的说明图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述所涉及的申请的优选实施方式。在本书面描述和附图中，具有实质上相同的功能配置的构成元件由相同的参考数字表示，并且不重复给出说明。
按照以下顺序给出说明。
1.实施方式
1.1.关于生物信息获取装置的结构
1.2.关于生物信息获取装置的制造方法
1.3.关于生物信息获取方法
1.4.生物信息获取装置的实施例
(实施方式)
<关于生物信息获取装置的结构>
首先，以下参考图1A至图9详细说明根据所涉及的申请的实施方式的生物信息获取装置的结构。
根据本实施方式的生物信息获取装置是用于获取生物信息的装置，该生物信息表示通过利用具有预定波长的光照射生物体的一部分而获取的图像信息。尽管对生物信息没有特别限制，但是其示例包括与指纹有关的图像信息(例如，指示指纹的分布的指纹图案图像)；与汗液有关的图像信息(例如，指示是否存在汗液的图像)；与血流有关的图像信息；与脉搏波或脉动有关的图像信息；以及与血管有关的图像信息(例如，指示静脉的分布的静脉图案图像)。
根据本实施方式的生物信息获取装置不仅能够获取这样的各种生物信息中的一种生物信息，而且还能够同时获取多种生物信息。通过适当地调整要发射到生物体的一部分的光的波长或者调整要从其获取图像信息的生物体的部分的类型，可以任意地选择要获取的生物信息的类型。因此，可以组合地获取不同类型的生物信息，诸如结合与汗液有关的生物信息获取与指纹有关的生物信息。此外，当将由生物信息获取装置获取的生物体信息用于各种已知的生物认证技术时，可以通过组合不同类型的生物信息来执行认证，因此可以进一步提高认证精度。
图1A是示意性地示出能够如上所述获取生物信息的根据本实施方式的生物信息获取装置的截面结构的示例的截面图。图1B是示意性地示出根据本实施方式的生物信息获取装置的截面结构的另一示例的截面图。图2是用于说明关于根据本实施方式的生物信息获取装置的说明图。
如图1A示意性所示，根据本实施方式的生物信息获取装置1包括：图像传感器10，在图像传感器10中对表示从生物体LB获取的图像信息的生物信息进行成像；透镜阵列20，其位于图像传感器10与生物体LB的一部分之间；以及遮光板30，其位于图像传感器10与透镜阵列20之间，并且形成用于在图像传感器10中对生物信息进行成像的导光路径。
透镜阵列20被配置为通过将多个单透镜203以阵列状方式布置在预定基底构件201上；并且在设置在图像传感器10中的像素中执行通过单透镜203传输的生物信息的成像。如图1A示意性所示，每对相邻的遮光板30之间的空间用作导光路径。在本实施方式中，如图1A示意性所示，由遮光板30形成的导光路径形成为使得它们的开口直径(参考图1A的导光路径的y轴方向上的宽度)沿着图像传感器10的表面法线方向(沿着图1A中的z轴方向)不相等。
同时，除了图1A所示的配置之外，例如，如图1B所示，根据本实施方式的生物信息获取装置1期望包括以下内容：第二类型遮光板40，其在透镜阵列20与生物体LB的一部分之间形成第二类型导光路径，用于以顺序的方式将表示生物信息的光从透镜阵列20的一侧引导到单透镜203；以及盖玻璃50，其具有放置在其外表面上的生物体LB的一部分。
此外，例如，如图2所示，根据本实施方式的生物信息获取装置1期望包括光源单元60，该光源单元60被布置在盖玻璃50的周围，并且利用具有预定波长并且用于获取生物信息的光照射生物体LB的一部分。
以下给出根据本实施方式的生物信息获取装置1的每个构成元件的详细说明。
[关于图像传感器10]
在图像传感器10的面向透镜阵列20的表面上，布置图像传感器10的多个像素；并且相关表面用作图像传感器10的传感器表面。通过在图像传感器10的传感器表面上执行的成像对从生物体LB获取的生物信息进行成像，并且生成与生物信息有关的实质性图像数据。
只要图像传感器10是配置有相对于构成生物信息的光的波长具有灵敏度的像素的成像装置，就可以使用任何已知类型的成像装置。这种成像装置的示例包括CCD(电荷耦接装置)传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器。同时，根据本实施方式的图像传感器10可以是颜色传感器或者单色传感器。
构成图像传感器10的像素期望具有使得能够拍摄线宽在几μm至几百μm的范围内的物体的图像的像素尺寸。如果p[μm]表示被摄体(例如，诸如指纹或静脉的生物体的一部分)的尺寸，并且如果M表示包括在透镜阵列20中的单透镜203的放大率，则p×M[μm]变为传感器表面上的被摄体的尺寸。构成图像传感器10的像素期望具有这样的像素尺寸，该像素尺寸使得能够利用两个或更多个像素来表示传感器面上的被摄体的尺寸。这样的像素尺寸的示例包括在1μm2至μm2的范围内的像素尺寸。然而，根据本实施方式的图像传感器10的像素尺寸不限于该示例。
由于构成图像传感器10的像素具有使得能够拍摄线宽在几μm至几百μm的范围内的物体的图像的像素尺寸；例如，可以生成分辨率为1000PPI(每英寸像素)或更高的生物信息。同时，关于构成图像传感器10的像素，像素尺寸越小，生成高清晰度生物信息的可能性越高。因此，期望具有尽可能小的像素尺寸。另外，关于所生成的生物体信息的分辨率，由于期望具有尽可能高清晰度的分辨率，因此不特别指定分辨率的上限值。
[关于透镜阵列20]
如前所述，透镜阵列20具有以阵列状方式布置在预定基底构件201上的多个单透镜203。透镜阵列20也被称为微透镜阵列。
关于用于基底构件201和单透镜203的材料，只要可以透射构成生物信息的光，对材料就没有特别限制，并且可以使用可用作用于光学装置的材料的任何材料。这样的材料的示例包括各种类型的树脂，诸如以丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂或聚烯烃树脂为代表的热塑性树脂或热固性树脂；以及各种类型的光学玻璃。这样的材料可以根据已知方法经受模塑、图案压花或光刻；并且可以实现透镜阵列的期望形状。
对单透镜203的透镜形状没有特别限制，并且可以具有球面单透镜203或非球面单透镜203。
图3是示意性地示出根据本实施方式的生物信息获取装置1的截面表面的一部分的放大截面图。图4是用于说明关于由于透镜阵列引起的图像的重叠的说明图。
在根据本实施方式的透镜阵列20中，关于单透镜203的透镜直径(参考图3的长度LS)，优选地使透镜直径相对于图像传感器10的像素尺寸尽可能大。即，在每个单透镜203中具有大量像素意味着在透镜阵列20中具有更小的单透镜203的总数。因此，不仅可以减少以下参考图4说明的伴随图像合成的操作的数量，而且可以确保存在重叠。同时，为了实现装置的小型化，如果试图缩短图像传感器10的传感器表面与生物体LB的一部分之间的距离(即，如果试图缩短单透镜203的焦距)，则使单透镜203的透镜直径LS更小变得重要。同样在这种情况下，期望单透镜203的透镜直径LS等于或大于图像传感器10的像素尺寸的20倍。
如图4所示，通常，在透镜阵列中，构成图像的光被引导到图像传感器的传感器表面，使得不仅包括位于每个单透镜正上方的物体，而且包括相邻的物体的一些部分。参考图4，不仅在图像传感器中成像位于每个单透镜正上方的三角形物体，而且在图像传感器中也成像位于左相邻的单透镜正上方的三角形物体的右侧端部的一些部分以及位于右相邻的单透镜正上方的三角形物体的左侧端部的一些部分。以这种方式，通过在重叠应当形成在相邻的像素中的图像的一些部分的同时执行成像，可以拍摄具有良好对比度的图像。
如果图3所示的单透镜203的透镜直径LS小于图像传感器10的像素尺寸的20倍，则如参考图4所说明的，重叠量不足(有助于重叠的像素数量不足)，并且可能无法获取高清晰度的图像(即，更高精度的生物信息)。通过将单透镜203的透镜直径LS设置为等于或大于图像传感器10的像素尺寸的20倍，可以获取更高精度的生物信息。同时，对透镜直径LS相对于图像传感器10的像素尺寸的上限值没有特别限制，并且可以通过考虑重叠量来适当地确定透镜直径LS。
为了确保如参考图4所说明的发生重叠，重要的是单透镜203的透镜放大率小于1倍。另一方面，当单透镜203的透镜放大率变为等于或大于1倍时，不能确保重叠，并且变得极不可能获取高清晰度的图像。同时，尽管重叠量与单透镜203的透镜放大率成反比地增加；如果考虑奈奎斯特极限，则确定透镜放大率M使得建立关系s×M>2×N变得重要。在该关系表达式中，s表示要分辨的拍摄物体尺寸的最小值；M表示透镜放大率；并且N表示图像传感器的像素尺寸。
由于包括单透镜203的透镜阵列20而设置的从图像传感器10的传感器表面到生物体LB的一个部分的距离(即，参考图3的距离A)期望等于或大于0.5mm并且小于30mm。如果距离A小于0.5mm，则制造难度更可能增加。另一方面，如果距离A等于或大于30mm，则生物信息获取装置1的小型化可能不充分。因此，通过保持距离A等于或大于0.5mm并且小于30mm，可以在抑制制造难度的增加的同时进一步使装置小型化。
同时，构成如上所述的透镜阵列20的每个单透镜203可以是通过组合多个透镜配置的透镜组。此外，还可以在透镜阵列20与表示被摄体的生物体LB之间安装物镜。
[关于遮光板30]
如前所述，遮光板30位于图像传感器10与透镜阵列20之间，并且形成用于在图像传感器10中形成生物信息的图像的导光路径。关于遮光板30的材料，没有特别限制，并且可以使用诸如不锈钢的各种金属、或各种树脂组合物材料、或包括硅的各种介电质中的至少一种。
在根据本实施方式的生物信息获取装置1中，如图1A、图1B和图3示意性所示，表示由一对相邻的遮光板30形成的空间的导光路径沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)具有不相等的开口直径D。
即，如图3所示，导光路径的开口直径在它们之间不具有相等的值，并且存在具有开口直径D1的部分、具有开口直径D2的部分、具有开口直径D3的部分以及具有开口直径D4的部分。当导光路径的开口直径相等时，从位于导光路径正上方的除了单透镜203之外的部分入射的光(即，杂散光)变得更容易受到来自导光路径的壁表面的规则反射并且到达图像传感器10。然而，例如，如图3所示，如果导光路径的开口直径具有不相等的值，由此使导光路径的壁表面具有凹凸形状，则即使入射的杂散光从导光路径的壁表面反射，杂散光强度也继续衰减，同时从导光路径的壁表面重复地反射，并且因此可以降低反射后杂散光到达图像传感器10的可能性。因此，在根据本实施方式的生物信息获取装置1中，即使在试图进一步使装置小型化和薄型化的情况下，也可以进一步抑制杂散光的出现。
更具体地，开口直径D期望等于或大于构成生物信息的光的波长的两倍，并且期望等于或小于单透镜203的透镜直径LS的4倍。如果开口直径D小于光的波长的两倍，则变得更可能在导光路径中具有光的衍射现象，并且噪声可能叠加在图像传感器10中被转换为图像的生物信息上。另一方面，如果开口直径大于单透镜203的透镜直径LS的4倍，则可能增加落在导光路径中的杂散光。因此，在满足上述条件的范围内，可以沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)以各种方式改变导光路径的开口直径D。
然而，如果将导光路径的开口直径D减小为小于单透镜203的透镜直径LS，则不仅可以排除这种单透镜203的透镜特性可能下降的端部的影响，而且更容易抑制来自相邻的导光路径的杂散光。这使得能够实现所获取的图像质量的改善。另一方面，如果导光路的开口直径D变小，尽管导致视角变窄，但是为了重叠相邻的单透镜203中的图像，缩短相邻的单透镜203的中心到中心距离(所谓的透镜间距)变得重要。因此，在制造具有窄透镜间距的透镜阵列20时，有时需要更高的精度。在该情况下，导光路径的开口直径D期望被设置为等于或大于单透镜203的透镜直径LS的0.5倍。当导光路径的开口直径D大于单透镜203的透镜直径LS时，重叠量也增加。同时，当导光路径的开口直径D大于单透镜203的透镜直径LS时，这种单透镜203的透镜特性可能下降的端部的影响变得明显，并且杂散光从相邻的导光路径落下的可能性增加。这导致需要使遮光板30更薄，并且有时需要更高的精度。在该情况下，导光路径的开口直径D更期望被设置为等于或大于单透镜203的透镜直径LS的0.5倍并且等于或小于单透镜203的透镜直径LS的4倍。
在根据本实施方式的生物信息获取装置1中，由一对相邻的遮光板30形成的导光路径的光路长度(即，参考图3的长度L1)期望短于透镜阵列20的后焦距的长度。如果A[mm]表示从图像传感器10的传感器表面到生物体LB的距离，并且如果M表示单透镜203的透镜放大率，则透镜阵列20的后焦距的长度被表示为(A×M)/(1×M)[mm]。因此，期望导光路径的光路长度L1短于(A×M)/(1×M)[mm]。当导光路径的光路长度L1满足上述条件时，可以获取更高清晰度的生物信息。
如图1A、图1B和图3所示；每个遮光板30可以是层压体，其中，具有预定形状的两个或更多个遮光板件沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)层压。可选地，每个遮光板30可以使用单遮光板构件形成。
当平行于图像传感器10的表面法线方向(即，平行于z轴方向)切割遮光板30时，面向导光路径的遮光板30的外部形状可以由直线或由曲线形成，如图1A、图1B和图3所示。可选地，当平行于图像传感器10的表面法线方向(即，平行于z轴方向)切割遮光板30时，面向导光路径的遮光板30的外部形状可以由直线和曲线形成。
以下参考图5至图8所示的具体示例简要说明的是遮光板30的外部形状的示例。图5至图8是用于说明关于包括在根据本实施方式的生物信息获取装置中的遮光板的说明图。
根据本实施方式，如图5的左上部分所示，面向导光路径的遮光板30可以具有由大致平行于图像传感器10的表面法线方向(即，平行于z轴方向)的直线形成的线性形状的外部形状。可选地，如图5的下部所示，遮光板30可以具有由不平行于图像传感器10的表面法线方向(即，不平行于z轴方向)的直线制成的锥形形状的外部形状。当遮光板30具有如图5所示的线性形状的外部形状时，在由一对相邻的遮光板3形成的导光路径中，开口直径沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)以不连续的方式变化。另一方面，当遮光板30具有如图5所示的锥形形状的外部形状时，在由一对相邻的遮光板3形成的导光路径中，开口直径沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)以连续的方式变化。
可选地，面向导光路径的遮光板30可以具有如图5的右上部分所示的凹形状或凸形状的外部形状。关于具有这种凹形状或凸形状的遮光板30，如图5的右上部分所示，面向导光路径的外部形状由曲线制成。在如图5所示的凹形状或凸形状的情况下，在由一对相邻的遮光板3形成的导光路径中，开口直径沿着图像传感器10的表面法线方向(即，沿着z轴方向)以连续的方式变化。
同时，遮光板30的外部形状不限于图5所示的示例，并且可以任意地组合具有矩形形状的遮光构件、具有锥形形状的遮光构件和具有凸形状或凹形状的遮光构件。
在图5中示出了层压具有预定形状的四个遮光构件的情况。然而，该层压可以是两层或三层，或者可以是五层或更多层。
如图5所示，每个遮光构件的高度(z轴方向的长度)可以如图5所示相同，或者可以如图6所示不同。在图6中示出了在由四个层压层制成的遮光板30中，所有遮光构件具有不同的高度h1至h4的情况。如果可以确保导光路径的开口直径沿着z轴方向不相等，则对遮光构件的高度h的组合没有特别限制。
如图7所示，在本实施方式中，在面向导光路径的遮光板30的外表面上，期望设置在构成生物信息的光的波长处具有90％或更高的光吸收率(例如，在构成生物信息的光的波长处90％或更高的光吸收率，或者在为了获取生物信息而发射的光的波长处90％或更高的光吸收率)的吸收体301。通过设置吸收体301，每当作为杂散光落入导光路径中的光到达遮光板30的壁表面时，光被吸收体301吸收。因此，可以可靠地减少到达图像传感器10的杂散光，并且可以获取更高清晰度的生物信息。关于吸收体301的材料，没有特别限制，并且可以通过考虑要吸收的光的波长来使用任何已知的材料。
此外，在本实施方式中，例如，在面向导光路径的遮光板30的外表面上，可以执行各种正防反射处理，诸如形成微小的凹凸形状，或利用具有预定表面粗糙度的金属执行电镀。通过执行这种正防反射处理，可以可靠地减少到达图像传感器10的杂散光，并且可以获取更高清晰度的生物信息。同时，如果设置吸收体301，并且执行正防反射处理；则可以进一步可靠地减少到达图像传感器10的杂散光，并且可以获取更高清晰度的生物信息。
在以上给出的说明中，例如，如图3所示，给出了具有预定形状的遮光构件被层压而在其间没有任何间隙的示例。可选地，例如，如图8所示，在将每个遮光板30形成为具有预定形状的遮光构件的层压体的情况下，可以在相邻的遮光构件之间保持预定厚度的间隙d。
[关于第二类型遮光板40]
下面参考图1B和图9详细说明第二类型遮光板40。图9是示意性地示出根据本实施方式的生物信息获取装置的截面表面的一部分的放大截面图。
在根据本实施方式的生物信息获取装置1中，如图1B所示，期望在单透镜203侧的透镜阵列20的上方进一步设置第二类型遮光板40。因此，每对相邻的第二类型遮光板40构成第二类型导光路径，该第二类型导光路径旨在用于将构成生物体信息的光从生物体LB的一部分引导到对应的单透镜203。通过如图1B所示设置第二类型遮光板40，可以更可靠地将构成生物体信息的光引导到单透镜203，并且防止杂散光入射到单透镜203上。
以与遮光板30相同的方式，第二类型遮光板40也可以使用诸如不锈钢的各种金属、或各种树脂组合物材料、或包括硅的各种介电质中的至少一种形成。
尽管对第二类型遮光板40的高度(即，参考图9的z轴方向上的长度L2)没有特别限制，但是由于第二类型遮光板40用作光圈，因此期望具有尽可能低的高度。因此，可以通过考虑制造第二类型遮光板40的容易性和要获取的生物信息的质量来适当地确定高度。
此外，期望由于一对相邻的第二类型遮光板40而形成的第二类型导光路径具有被设置为大于但接近单透镜203的透镜直径LS的开口直径D'(即，D'>LS保持为真)。如果第二类型导光路径的开口直径D'等于单透镜203的透镜直径LS，则有时难以实现先前说明的重叠。同时，第二类型导光路径的开口直径D'越接近单透镜203的透镜直径LS，就越可以进一步可靠地防止杂散光入射到单透镜203上。
[关于盖玻璃50]
如图1B和图9所示，为了保护生物信息获取装置1的构成元件，期望将盖玻璃50设置在第二类型遮光板40与生物体LB的一部分之间。这里，生物体LB的一部分被放置在盖玻璃50上。
关于用于盖玻璃50的材料，只要可以透射构成生物信息的光，对材料就没有特别限制，并且可以使用可用作用于光学装置的材料的任何材料。这样的材料的示例包括各种类型的树脂，诸如以丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂或聚烯烃树脂为代表的热塑性树脂或热固性树脂；以及各种类型的光学玻璃。然而，从强度和耐冲击性的角度，期望使用各种类型的树脂来形成盖玻璃50。
关于盖玻璃50的厚度，没有特别限制，并且可以适当地设置厚度。
在图1B和图9中示出了盖玻璃50被设置为与第二类型遮光板40接触的情况。可选地，也可以在第二类型遮光板40与盖玻璃50之间具有一些空隙(即，间隙)。此外，在图1B和图9中示出了根据本实施方式的生物信息获取装置1还包括第二类型遮光板40以及盖玻璃50的情况。可选地，根据本实施方式的生物信息获取装置1可以被配置为不包括第二类型遮光板40而是包括盖玻璃50。
[关于光源单元60]
如图2示意性所示，为了将用于获取生物信息的预定波长的光发射到生物体LB的一部分，期望光源单元60设置在盖玻璃50周围。对光源单元60没有特别限制，并且只要可以发射具有获取生物信息所需波长的光，就可以使用各种类型的已知光源，诸如各种二极管或半导体激光器。
光源单元60的计数和布置不限于图6所示的示例，并且可以根据生物体LB中被测量的部分的尺寸和生物信息获取装置1的尺寸适当地设置。此外，光源单元60的布置位置不限于图2所示的位置，并且可以将它们布置在任意位置。
到目前为止，参考图1A至图9给出关于根据本实施方式的生物信息获取装置1的结构的详细说明。
<关于生物信息获取装置的制造方法>
关于根据本实施方式的生物信息获取装置1的制造方法，没有特别限制。因此，根据本实施方式的生物信息获取装置1可以根据包括用于半导体制造工艺中的已知方法的任何合适的方法来制造。
例如，准备满足先前说明的条件的图像传感器，并且根据用于半导体制造工艺中的已知方法在图像传感器10上形成根据本实施方式的遮光板30。此外，满足先前说明的条件的透镜阵列20可以根据已知方法单独制造，并且可以放置在遮光板30的顶部上。
然后，根据需要，第二类型遮光板40和盖玻璃50放置在透镜阵列20上方。以这种方式，可以制造根据本实施方式的生物信息获取装置1。
<关于生物信息获取方法>
如上所述，使用生物信息获取装置1，其中，导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径；经由由于遮光板30形成的导光路径，使用具有以阵列状方式布置的多个单透镜203的透镜阵列20在图像传感器10中对生物信息进行成像，该生物信息表示通过将预定波长的光发射到生物体LB的一部分上而获取的图像信息。因此，例如，可以精确地获取各种生物信息，诸如与指纹有关的图像信息(例如，指示指纹的分布的指纹图案图像)；与汗液有关的图像信息(例如，指示是否存在汗液的图像)；与血流有关的图像信息；与脉搏波或脉动有关的图像信息；以及与血管有关的图像信息(例如，指示静脉的分布的静脉图案图像)。
<生物信息获取装置的实施例>
根据本实施方式的生物信息获取装置1可以被实现为使用生物信息执行生物认证并根据认证结果提供各种服务的任何已知类型的装置。在根据本实施方式的生物信息获取装置1中，由于杂散光的出现被更大程度地抑制，因此可以以更高的精度获取生物信息。通过使用所获取的生物信息，可以以更高的精度执行个体用户的认证。
例如，根据本实施方式的生物信息获取装置1可以安装在诸如图10A所示的智能电话SP、平板终端、便携式音乐播放器或便携式游戏机的移动装置中；或者可以安装在诸如图10B所示的智能手表SW的可穿戴装置中；或者可以安装在各种类型的固定装置中。此外，根据本实施方式的生物信息获取装置1可以安装在能附接到各种固定装置的外部装置中。
在将根据本实施方式的生物信息获取装置1安装在可穿戴装置中的情况下，该生物信息获取装置安装在被配置为能由用户穿戴的装置主体内部(例如，图10B所示的智能手表SW的主体内部)。这里，对生物信息获取装置1的安装位置没有特别限制，并且可以安装在任意位置。
尽管以上参考附图以优选实施方式的形式详细描述了所涉及的申请；但是所涉及的申请的技术范围不限于上述实施方式。即，所涉及的申请应被解释为体现本领域技术人员可以想到的完全落入本文所阐述的基本教导内的所有修改，诸如其他实施方式、添加、替代构造和删除。
此外，在本书面描述中描述的效果仅是说明性和示例性的，并且不在范围上受限制。即，除了上述效果之外或者代替上述效果，在所涉及的申请中公开的技术使得能够实现本领域技术人员可以想到的其他效果。
同时，如下所述的配置也落入所涉及的申请的技术范围内。
(1)
一种生物体信息获取装置，包括：
图像传感器，在该图像传感器中对生物信息进行成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息；
透镜阵列，该透镜阵列
位于图像传感器与生物体的一部分之间，
具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且
在图像传感器中执行生物信息的成像；以及
遮光板，该遮光板
位于图像传感器与透镜阵列之间，并且
形成旨在用于在图像传感器中对通过单透镜中的每一个单透镜透过的生物信息进行成像的导光路径，其中，
导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
(2)
根据(1)的生物信息获取装置，其中，导光路径的开口直径沿着表面法线方向以连续的方式变化。
(3)
根据(1)的生物信息获取装置，其中，导光路径的开口直径沿着表面法线方向以不连续的方式变化。
(4)根据(1)至(3)中任一项的生物信息获取装置，其中，当平行于表面法线方向切割遮光板时，该遮光板面向导光路径的外部形状由直线或曲线中的至少一种形成。
(5)
根据(1)至(4)中任一项的生物信息获取装置，其中，遮光板是沿着表面法线方向层压具有预定形状的两个或更多个遮光构件的层压体。
(6)
根据(1)至(5)中任一项的生物信息获取装置，其中，导光路径的开口直径等于或大于构成生物信息的光的波长的两倍。
(7)
根据(1)至(6)中任一项的生物信息获取装置，其中，导光路径的开口直径等于或大于单透镜的透镜直径的0.5倍并且等于或小于单透镜的透镜直径的4倍。
(8)
根据(1)至(7)中任一项的生物体信息获取装置，其中，当A[mm]表示从图像传感器的传感器表面到生物体的一部分的距离并且当M表示单透镜的透镜放大率时，导光路径的长度小于(A×M)/(1×M)[mm]。
(9)
根据(1)至(8)中任一项的生物信息获取装置，其中，从图像传感器的传感器表面到生物体的一部分的距离等于或大于0.5mm并且小于30mm。
(10)
根据(1)至(10)中任一项的生物信息获取装置，其中，
单透镜的透镜直径等于或大于图像传感器的像素尺寸的20倍，
单透镜的透镜放大率小于1倍，并且
当s表示要分辨的被摄体尺寸的最小值，当M表示透镜放大率，并且当N表示图像传感器的像素尺寸时，建立关系s×M>2×N。
(11)
根据(1)至(10)中任一项的生物信息获取装置，其中，
在透镜阵列与生物体的一部分之间，
设置第二类型遮光板，该第二类型遮光板形成第二类型导光路径，该第二类型导光路径旨在用于以顺序的方式将构成生物信息的光从透镜阵列的一侧引导到单透镜，并且
设置盖玻璃，生物体的一部分被放置在盖玻璃的表面上，并且
在盖玻璃的周围设置用于将预定波长的光发射到生物体的一部分上的光源单元。
(12)
根据(1)至(11)中任一项的生物信息获取装置，其中，在遮光板面向导光路径的表面上设置在预定波长处具有90％或更高的光吸收率的吸收体。
(13)
根据(1)至(12)中任一项的生物信息获取装置，其中，在遮光板面向导光路径的表面上执行正防反射理。
(14)
根据(1)至(13)中任一项的生物信息获取装置，其中，遮光板的材料由金属、或树脂化合物、或介电质中的至少一种制成。
(15)
根据(1)至(14)中任一项的生物信息获取装置，其中，生物信息指示与指纹有关的图像信息、或与汗液有关的图像信息、或与血流有关的图像信息、或与脉搏波或脉动有关的图像信息、或与血管有关的图像信息中的至少一个。
(16)
根据(1)至(15)中任一项的生物信息获取装置，其中，生物信息指示从与指纹有关的图像信息、与汗液有关的图像信息、与血流有关的图像信息、与脉搏波或脉动有关的图像信息以及与血管有关的图像信息中选择的至少两种类型的图像信息。
(17)
根据(1)至(16)中任一项的生物信息获取装置，其中，生物信息获取装置安装在移动装置、可穿戴装置或固定装置中，或者安装在能附接到固定装置的外部装置中。
(18)
一种生物信息获取方法，包括：经由通过遮光板形成的导光路径，使用具有以阵列状方式布置的多个单透镜的透镜阵列在图像传感器中执行生物信息的成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息，其中，
导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
(19)
一种可穿戴装置，包括：
能由用户穿戴的装置主体；以及
生物信息获取装置，该生物信息获取装置安装在装置主体中，其中，
生物信息获取装置包括：
图像传感器，在图像传感器中对生物信息进行成像，该生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息，
透镜阵列，该透镜阵列
位于图像传感器与生物体的一部分之间，
具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且
在图像传感器中执行生物信息的成像，以及
遮光板，该遮光板
位于图像传感器与透镜阵列之间，并且
形成旨在用于在图像传感器中对通过单透镜中的每一个单透镜透过的生物信息进行成像的导光路径，并且
导光路径形成为沿着图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
参考标记列表
1 生物信息获取装置
10 图像传感器
20 透镜阵列
30 遮光板
40 第二类型遮光板
50 盖玻璃
60 光源单元
201 基材
203 单透镜
301 吸收体

Claims (19)

1.一种生物信息获取装置，包括：
图像传感器，在所述图像传感器中对生物信息进行成像，所述生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息；
透镜阵列，所述透镜阵列
位于所述图像传感器与所述生物体的所述一部分之间，
具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且
在所述图像传感器中执行所述生物信息的成像；以及
遮光板，所述遮光板
位于所述图像传感器与所述透镜阵列之间，并且
形成旨在用于在所述图像传感器中对通过所述单透镜中的每一个单透镜透过的所述生物信息进行成像的导光路径，其中，
所述导光路径形成为沿着所述图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
2.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述导光路径的开口直径沿着所述表面法线方向以连续的方式变化。
3.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述导光路径的开口直径沿着所述表面法线方向以不连续的方式变化。
4.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，当平行于所述表面法线方向切割所述遮光板时，所述遮光板面向所述导光路径的外部形状由直线或曲线中的至少一种形成。
5.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述遮光板是层压体，在所述层压体中沿着所述表面法线方向层压具有预定形状的两个或更多个遮光构件。
6.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述导光路径的开口直径等于或大于构成所述生物信息的光的波长的两倍。
7.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述导光路径的开口直径等于或大于所述单透镜的透镜直径的0.5倍并且等于或小于所述单透镜的透镜直径的4倍。
8.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，当A[mm]表示从所述图像传感器的传感器表面到所述生物体的所述一部分的距离并且当M表示所述单透镜的透镜放大率时，所述导光路径的长度小于(A×M)/(1×M)[mm]。
9.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，从所述图像传感器的传感器表面到所述生物体的所述一部分的距离等于或大于0.5mm并且小于30mm。
10.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，
所述单透镜的透镜直径等于或大于所述图像传感器的像素尺寸的20倍，
所述单透镜的透镜放大率小于1倍，并且
当s表示要分辨的被摄体尺寸的最小值，当M表示透镜放大率，并且当N表示所述图像传感器的像素尺寸时，建立关系s×M>2×N。
11.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，
在所述透镜阵列与所述生物体的所述一部分之间，
设置第二类型遮光板，所述第二类型遮光板形成第二类型导光路径，所述第二类型导光路径旨在用于以顺序的方式将构成所述生物信息的光从所述透镜阵列的一侧引导到所述单透镜，并且
设置盖玻璃，所述生物体的所述一部分被放置在所述盖玻璃的表面上，并且
在所述盖玻璃的周围设置用于将所述预定波长的光发射到所述生物体的所述一部分上的光源单元。
12.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，在所述遮光板面向所述导光路径的表面上设置在预定波长处具有90％或更高的光吸收率的吸收体。
13.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，在所述遮光板面向所述导光路径的表面上执行正防反射处理。
14.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述遮光板的材料由金属、或树脂化合物、或介电质中的至少一种制成。
15.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述生物信息指示与指纹有关的图像信息、或与汗液有关的图像信息、或与血流有关的图像信息、或与脉搏波或脉动有关的图像信息、或与血管有关的图像信息中的至少一个。
16.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述生物信息指示从与指纹有关的图像信息、与汗液有关的图像信息、与血流有关的图像信息、与脉搏波或脉动有关的图像信息以及与血管有关的图像信息中选择的至少两种类型的图像信息。
17.根据权利要求1所述的生物信息获取装置，其中，所述生物信息获取装置安装在移动装置、可穿戴装置或固定装置中，或者安装在能附接到固定装置的外部装置中。
18.一种生物信息获取方法，包括：经由通过遮光板形成的导光路径，使用具有以阵列状方式布置的多个单透镜的透镜阵列在图像传感器中执行生物信息的成像，所述生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息，其中，
所述导光路径形成为沿着所述图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
19.一种可穿戴装置，包括：
能由用户穿戴的装置主体；以及
生物信息获取装置，所述生物信息获取装置安装在所述装置主体中，其中，
所述生物信息获取装置包括：
图像传感器，在所述图像传感器中对生物信息进行成像，所述生物信息表示通过相对于生物体的一部分发射预定波长的光而获取的图像信息，
透镜阵列，所述透镜阵列
位于所述图像传感器与所述生物体的所述一部分之间，具有以阵列状方式布置的多个单透镜，并且
在所述图像传感器中执行所述生物信息的成像；以及
遮光板，所述遮光板
位于所述图像传感器与所述透镜阵列之间，并且
形成旨在用于在所述图像传感器中对通过所述单透镜中的每一个单透镜透过的所述生物信息进行成像的导光路径，并且
所述导光路径形成为沿着所述图像传感器的表面法线方向具有不相等的开口直径。
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